Talajszennyeződés

1. Talajszennyeződés Füzesi István 2008

2. Az EU környezetvédelmi politikájának öt legfontosabb alapelve • Megelőző fellépés • A környezetszennyezést a forrásnál kell megakadályozni • A szennyező fizet elv • Integráció: A környezetvédelem az EU más ágazatainak is eleme. A gyakorlatban ezt az elvet több direktíva is érvényesíti. • Szubszidiaritás: Az EU és a tagállamok közötti hatáskör megosztásra vonatkozik: ott kell az intézkedést meghozni ahol azok a leghatékonyabbak, adott problémát, adott szinten kell kezelni.

3. Talajszennyeződés fogalma • Talajszennyeződés: az a folyamat, mely során a talaj természetes viszonyok között kialakult fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai jelentős mértékben és kedvezőtlen arányban változnak meg, az ökológiai talajfunkciók károsodnak: • pH csökkenés (talajsavanyodás), • kémiai összetevők megváltozása (toxikus elemek, vegyületek felhalmozódása), • biológiai összetevők megváltozása (baktériumok, vírusok, gombák elszaporodása, talajmikroflóra és talajfauna arányainak kedvezőtlen eltolódása)

4. A talajszennyeződés legfontosabb forrásai

5. Antropogén eredetű talajszennyeződések • Nehézfémek • Radioaktív szennyezőanyagok • Egyéb szervetlen szennyezőanyagok (légszennyező gázok) • Kőolaj és kőolajszármazékok • Szerves mikroszennyezők • Peszticidek • Biológiai szennyezőanyagok

6. Antropogén eredetű talajszennyeződések • A különböző anyagok károsító hatása több tényezőtől függ: • az ion/vegyület kémiai tulajdonságai, • oldhatósága, • mozgékonysága, • az élő szervezet általi felvehetőség, • a káros hatást növelő/csökkentő anyagok jelenléte, mennyisége • a hatás tartama • a szervezetbe jutott toxikus anyag koncentrációja, • az élő szervezet állapota, alkalmazkodóképessége (kora, fejlettsége, tápláltsága).

7. A dózis és a toxicitás közötti összefüggés • A növények számára nélkülözhetetlen mikrotápanyagok (Cu, Se, Mo, As) nagy koncentrációban káros hatásúak. • A mikrotápanyagok szűk koncentráció tartományban optimális hatást fejtenek ki, nem elegendő mennyiségük hiánytüneteket idéz elő nagy koncentrációban viszont ezek is toxikusak. • Nagyon kis mennyiségben a közismerten toxikus elemek (Pb, Cd, Hg) vagy a mérgező szerves vegyületek nem gátolják a növények fejlődését, és az emberi szervezetben sem okoznak kimutatható károsodást.

8. A szennyezőanyagok sorsa • A legfontosabb folyamatok: • oldódás/kicsapódás • adszorpció/deszorpció • bomlás • elpárolgás • A szerves anyagok bomlása (degradációja) különböző biotikus és abiotikus reakciók következménye. • Eredményeként megváltozik: • a vegyület kémiai szerkezete, • az eredetinél kevésbé, vagy • még jobban toxikus anyagok keletkeznek.

9. Szerves szennyezőanyagok lebomlása • A szerves vegyületek bomlással szembeni ellenállása (perzisztenciája) • a molekula szerkezetétől és • környezeti feltételektől függ elsősorban. • A bomlási folyamatok sebességét befolyásoló tényezők: • a talaj pH-ja, • nedvességtartalma, • hőmérséklete, • a szennyező anyag tulajdonságai és • talajbeli koncentrációja.

10. A szennyező anyagok mikrobiológiai átalakulása • A mikroorganizmusok számos szerves és szervetlen vegyületet képesek energia és tápanyagforrásként hasznosítani. • Valamennyi lebomlási/átalakulási reakció a mikroorganizmusok szervezetébe beépíthető szénvegyületek előállítását és energia nyerését szolgálja. • Az átalakulások során egy kiindulási anyagból különböző közti és végtermékek keletkeznek. • A folyamatokat enzimek (sajátos fehérjemolekulák) gyorsítják, a reakciók sebességét nagyságrendekkel is megnövelhetik.

11. A szerves szennyezők nem biológiai átalakulása • A lebontás/átalakulás során lejátszódó folyamatok: • az oxidációs, redukciós • a hidrolitikus kémiai reakciók • A biotikus és abiotikus átalakulásokat kísérletileg nehéz különválasztani.

12. A talaj szennyeződése szervetlen anyagokkal • Nehézfémek • Radioaktív izotópok • Légszennyező gázok • Egyéb szervetlen vegyületek

13. A talaj szennyeződése nehézfémekkel • Nehézfémek: azok a fémek, amelyek sűrűsége 5 g/cm3-nél, rendszáma 20-nál nagyobb • Toxikus elem: olyan fém vagy félfém, mely biológiai hatása bizonyos koncentrációtartományban, illetve afölött negatív • Legkritikusabb hatású, a bioszférába nagy mennyiségben bekerülő nehézfémek: Pb, Cd, Cr, Cu, Zn, Ni, Hg • A bioszférába kisebb mennyiségben bekerülő nehézfémek: As, Co, Mn, Mo, Se, V

14. A fémek körforgása a környezetben

15. Toxikus nehézfémek • A toxikus nehézfémek különböző mozgékonyságú formákban vannak jelen a talajban. • A folyadék fázisban: • hidratált ionként, • oldható szerves és szervetlen komplex-vegyületek formájában találhatók. • A szilárd fázisban pedig: • oldhatatlan csapadékokban, • a szerves és szervetlen kolloidok felületén kicserélhető és specifikusan abszorbeált formában, • a szilikátok kristályrácsában fordulnak elő.

16. A talaj nehézfém-szennyeződésének okai • Fosszilis energiahordozók (szén, olaj) elégetése • Ipari létesítmények emissziója • Közlekedés légszennyezése • Bányászat (meddőhányók), kohászat, fémfeldolgozás • Ipari és kommunális hulladékok (pl. galvániszap) gondtalan kezelése • Mezőgazdasági termelés

17. A talajok nehézfém-szennyeződésének mezőgazdasági forrásai

18. A talajok nehézfém-szennyeződésének veszélyei • A termőtalajok nehézfém (mikroelem) - mérlege általában pozitív • A nehézfémek általában a feltalajokban dúsulnak fel • A talaj egy bizonyos határig pufferként viselkedik, majd később önmaga is szennyezővé válik: „kémiai időzített bomba” • A talajsavanyodással a nehézfémek mobilizálódnak és bekerülnek a talajoldat - talajvíz - mikroorganizmus - növény - állat - ember táplálékláncba • A növényekben igen nagy mennyiség nehézfém halmozódhat fel látható toxicitási tünetek nélkül

19. Talajszennyezettség határértékek

20. Műtrágyák nehézfém tartalmaKádár 1992 • Nitrogén műtrágyák – 1982. Pétisó: 0,24 % Sr – Ca, P és Sr • Foszfor műtrágyák – %-os mennyiségben Ca, Mg, S – tized %-os mennyiségben Al, Fe, K, Na, Si, Sr – hazai szuperfoszfátokban 1% Sr – nem elhanyagolható az As • Kálium műtrágyák – elhanyagolható mennyiségben Cu, Cd, Ba, Sr, Zn, Mn

21. Forrás: Növény- és Talajvédelmi Szolgálatok által végzett termésnövelő anyag ellenőrzések Toxikus elem tartalom műtrágyákban1995–2003

22. Összevont terhelési térkép

23. A talajok ólomszennyeződése • Szennyezetlen mezőgazdasági talajokban átlagosan 17 mg/kg Pb • Talajok ólomszennyeződése: ipari tevékenység (bányászat, kohászat), közlekedés (ólmozott üzemanyagok), széntüzelés erőművek, gumigyárak, ólom-akkumulátorok, gumiköpenyek kopása, ólomtartalmú festékek, műanyagok elégetése • Szennyvíziszapok, műtrágyák és a meszező anyagok közvetítésével viszonylag kevés ólom kerül be a növények termésébe, mivel azt a növények nem tudják gyökerükből a föld feletti szerveikbe szállítani (nem mobilis a talaj-növény rendszerben) • Hazai talajhatárérték (C-érték) (10/2000. rendelet): 150-600 mg/kg Pb

24. Geokémia felvétel:

25. Ólom (Pb) szerepe a táplálékláncban • A szennyezetlen talajokon fejlődő növényekben általában 0,1-10 mg/kg ólom található, az átlagérték 2 mg/kg • Általában a talaj 100-500 mg/kg, a növények 30-300 mg/kg-os ólomkoncentrációja esetén alakulnak ki toxicitási tünetek: a növény fejlődése lelassul, fotoszintézise, sejtosztódása, vízfelvétele gátolt. A levelek ez esetben sötétzöldek, az idősebb levelek elhervadnak, rövid barna színű gyökerek és satnya levelek alakulnak ki • A növények (elsősorban a gyökerek) ólomakkumulációját a talaj meszezésével, foszfátok, szulfátok, mangán-oxid és szerves anyag kijuttatásával lehet csökkenteni • Az állati és emberi szervezetben az ólom kumulatív méreg: rákkeltő hatású, fejlődési rendellenességek, idegrendszer károsodása

26. A talajok kadmiumszennyeződése • Szennyezetlen talajok kadmium-tartalma 0,06-1,1 mg/kg, világátlag a felszíni talajokban 0,53 mg/kg • A legjelentősebb szennyezőforrás a légköri ülepedés (kadmium kerülhet a légkörbe a fémkohászattal, fosszilis tüzelőanyagok és a szemét elégetésével) és a foszfor műtrágyázás • A foszfát műtrágyákban 0,1-170 mg/kg kadmium található • A szennyvíziszapok 1-3650 mg/kg kadmiumot tartalmazhatnak (ez utóbbi szélsőségesen magas, ritkán előforduló érték) • Hazai talajhatárérték (C-érték) (10/2000. rendelet): 2-10 mg/kg Cd

27. Geokémiai felvétel

28. A kadmium (Cd) szerepe a táplálékláncban • A szennyezetlen talajokon termesztett növényekben általában 0,3-0,5 mg/kg-nál kevesebb kadmium található • A talaj-növény rendszerben a kadmium nagyon mobilis • A növényekben legtöbbször 5-20 mg/kg kadmiumtartalom okoz toxicitási tüneteket: a növények növekedése gátolt, gyökérzetük károsodik, leveleik klorotikusak, a levélszélek vagy levélerek vörösesbarnára színeződnek, később elhalnak és lehullnak • Általában nagy a levélzöldség-félék és a káposztafélék kadmiumtartalma, míg a gabonafélék magvai viszonylag keveset tartalmaznak ebből a nehézfémből • A haszonnövények kadmiumfelvételét a szennyezett talaj meszezésével, szerves anyag kijuttatással, szennyezetlen talajjal történő takarással lehet csökkenteni • Az állati és emberi szervezetben a kadmium nagyon toxikus: rákkeltő hatás, csontelváltozások, tüdő- és vesekárosodás, itai-itai betegség

29. A talajok cinkszennyeződése • Litoszféra 80 mg/kg, szennyezetlen talajok 10-300 mg/kg, átlagos koncentráció 50 mg/kg • Cinktöbblet a talajokban: bányászat, kohászat, fosszilis üzemanyagok elégetése (légköri ülepedés), mezgazdasági tevékenység; foszfát műtrágyák (50-1450 mg/kg), szerves trágyák (45-250 mg/kg), meszezőanyagok (10-450 mg/kg), komposztok, szennyvíziszapok (1500- 4000 mg/kg), egyes peszticidek. • A szennyezett talajok általában néhány száz vagy néhány ezer mg/kg-nyi cinket tartalmaznak • Hazai talaj-határérték (C-érték): 500-2000 mg/kg

30. Geokémiai felvétel

31. Cink a növényekben • A mezőgazdasági növények cinkfelvétele meszezéssel, illetve szerves anyag kijuttatással csökkenthető. • A növények normálisnak tekinthető cinktartalma 25-150 mg/kg, cinkhiány általában 10-20 mg/kg alatti ellátottság esetén lép fel. 400 mg/kg feletti cinktartalom esetén általában toxicitási tünetek figyelhetők meg. A cinkfeleslegre a legtöbb növényfaj hozamcsökkenéssel reagál, a növények fejlődése megáll. • Levegőszennyezés esetén a cink elsősorban a hajtásban, talajszennyezés esetén pedig a növények gyökerében akkumulálódik.

32. A talajok higanyszennyeződése • Litoszféra 0,05 mg/kg, szennyezetlen talajok higanytartalma kisebb mint 0,1 mg/kg, általában 0,01-0,06 mg/kg. • Talajok higany-szennyeződése: bányászat, kohászat, fosszilis tüzelőanyagok (elsősorban szén) elégetése, ipari termelés és szemétégetés. • Mezőgazdasági talajok Hg szennyeződése: műtrágyák (50 μg/kg), meszező anyagok (20 μg/kg), szerves trágyák (100 μg/kg), szennyvíziszapok (5-10 mg/kg, esetenként 100 mg/kg). Higanytartalmú fungicidek és csávázószerek mezgazdasági alkalmazása. • A szennyezett talajok higanytartalma általában 0,1-40 mg/kg, higanybányák közelében 100 mg/kg • Hazai talaj-határérték (C-érték): 1-10 mg/kg

33. Geokémiai felvétel

34. Higany a növényekben • Fitotoxikusnak tekintett mennyiség 2-10 mg/kg. • Haszonnövényeink higanyfelvételét a talajok meszezésével, kéntartalmú vegyületekkel, foszfortrágyázással lehet csökkenteni. • A szennyezetlen növényekben 1-100 μg/kg higany található. • Legmérgezőbbek illékony formái (higanygőz, metil-higany)

35. A talajok nikkelszennyeződése • A földkéreg átlagos nikkeltartalma 80 mg/kg, a világátlag 22 mg/kg • A talajokba nikkel kerülhet a bányászat, kohászat során, illetve az olajszármazékok, szén és szemét elégetésével,a forgalmas utak mentén a dízelolaj elégetése következtében a talaj nikkeltartalma az ólomhoz, cinkhez, rézhez hasonlóan megemelkedhet • A mezőgazdasági termelés során nikkellel szennyeződhetnek el a talajok a szennyvíziszap hasznosítással. A szennyvíziszapokban 13-410 mg/kg nikkelt mértek, szélsőséges esetben ez az érték elérheti a 0,5 %-ot • Hazai talaj-határérték (C-érték): 150-250 mg/kg

36. Geokémiai felvétel

37. Nikkel a növényekben • A növények túlzott nikkelfelvétele ellen legkönnyebben a talaj meszezésével védekezhetünk. A nikkelakkumulációt a szerves anyag, a foszfor és magnézium kijuttatás is csökkentheti • A szennyezetlen talajokon fejlődő növények nikkeltartalma általában 0,1-5 mg/kg • A növényekben 10-100 mg/kg nikkelkoncentráció esetén jelentkeznek toxicitási tünetek: a növények növekedése és gyökérfejlődése gátolt, a leveleken a vasklorózishoz hasonló tünetek alakulnak ki

38. A talajok krómszenyeződése • Litoszférában átlagosan 200 mg/kg, világátlag 54 mg/kg, • A talajok krómmal az ipari termelés során (pl. a bőrcserzés, galvánozás, festékgyártás melléktermékeivel), illetve a légszennyezés (acélipar, fémkohászat, szén elégetése) következtében szennyeződhetnek el. Jelentős mennyiségű króm (100-10000 mg/kg, átlag 500 mg/kg) kerülhet be a szennyvíziszapokba pl. ipari üzemek szennyvizéből • A foszfát műtrágyákban 30-3000 mg/kg, a szuperfoszfátban 60-250 mg/kg króm található, valószínűleg a kevésbé toxikus Cr(III) formában • Hazai talaj-határérték (C-érték): 150-800 mg/kg (összes Cr), 2,5-10 mg/kg (Cr(VI))

39. Geokémiai felvétel

40. A króm a növényekben • a Cr(III) ion jóval kevésbé toxikus és a növények számára nehezebben felvehető, mint a Cr(VI) ionforma. • a talaj 150 mg/kg-nál nagyobb krómtartalma általában már fitotoxikus hatású. • a talajok meszezésével, foszfor és szerves anyag kijuttatással a növények krómfelvétele csökkenthető, a Cr(VI) ion kevésbé toxikus Cr(III) ionná redukálása kénnel, levélkomposzttal elsegíthető. • a szennyezetlen talajok növényeinek krómtartalma 0,02-0,2 mg/kg. A növényekben általában 1-10 mg/kg króm okoz mérgezési tüneteket: a hajtás elhervad, a gyökérfejlődés gátolt, a fiatal levelek klorotikusak, illetve barnásvörös színűek, a gabonafélék levelein klorotikus sávok alakulnak ki.

41. A talajok rézszennyeződése • a litoszférában átlagosan 50 mg/kg található, felszíni talajokban az átlagos érték 20 mg/kg • a talajok rézszennyeződését részben a bányászat, kohászat, fémelőállítás következtében fellépő légköri ülepedés okozhatja • a hőerőművekben elégetett szénből keletkezett hamu a talajokban fontos szennyező forrás lehet • a fa, fosszilis tüzelőanyagok és a szemét elégetése miatt a városi talajok réztartalma a vidékiekhez képest 5-10-szeresére nőhet • a mezőgazdasági talajok legjelentősebb szennyező forrásai a réztartalmú növényvédő szerek • hazai talaj-határérték (C-érték): 200-400 mg/kg

42. Geokémiai felvétel

43. A réz a növényekben • általában a talaj 150-400 mg/kg-os réztartalma már fitotoxikus • réz takarmány-kiegészítők alkalmazása esetén megnő a sertés és a tyúktrágya réztartalma, és az elérheti akár a 2000 mg/kg-os értéket is • a szennyezetlen talajokon fejlődő növények 5-20 mg/kg rezet tartalmaznak • a hajtás 20-30 mg/kg-nál magasabb réztartalma már toxicitási tüneteket okozhat: a gyökérzet károsodik (megvastagodik, elszíneződik, az elágazások száma csökken), a levelekben klorózis alakul ki, az esszenciális elemek felvétele gátolt

44. A talaj szennyeződése radioaktív izotópokkal • Radioaktív szennyeződés forrásai: radioaktív hulladék, atomfegyver kísérletek, reaktor balesetek, nukleáris létesítmények emissziója • Radioaktív kihullás (fall out): levegő – víz – talaj – felszín – tápláléklánc:sugárbetegség • Reaktor balesetek talajszennyezői: 137Cs, 134Cs, 89Sr, 90Sr, 131I, 103Ru, 106Ru • Erőművek, foszfát műtrágya gyárak talajszennyezői: 234U, 235U, 238U, 230Th, 232Th • Természetes radioaktív izotópok: kálium műtrágyákkal 40K, nyersfoszfátokkal 238U, foszfor műtrágyákkal 236Ra kerülhet a talajba

45. A talaj szennyeződése radioaktív izotópokkal • Radiocézium:137Cs 30 év felezési idő, 134Cs 2,2 év felezési idő, a 137Cs a talaj legfelső rétegében akkumulálódik, agyagásványokhoz és szerves anyaghoz erősen kötődik, a talajból a növények kevés radiocéziumot vesznek fel, 95 % a levélzeten keresztül jut a növényekbe. Talajszennyeződés esetén a növények 137Cs felvételét meszezéssel, tőzeg és kálium sók kijuttatásával lehet csökkenteni • Radiostroncium (89Sr, 90Sr):a 90Sr a kolloidokban szegény talajokban mozgékony, könnyen bekerül a növények hajtásába. Talajszennyeződés esetén a növények 90Sr felvételét meszezéssel, Mg, K Na és nem sugárzó Sr kijuttatással lehet csökkenteni.

46. Csernobili atomkatasztófa • A csernobili atomkatasztrófa 1986. április 26-án történt az ukrajnai (akkor a Szovjetunió tagállama) Csernobil város melletti atomerőműben. • A védőépületek hiánya miatt radioaktív hulladék hullott a Szovjetunió nyugati részére, valamint Európa más részeire és az Egyesült Államok keleti részére. A mai Ukrajna, Fehérorszország és Oroszország területén hatalmas területek szennyeződtek, kb. 200 000 embert kellett kitelepíteni. A radioaktív hulladék kb. 60%-a Fehéroroszországban hullott le.

47. Sugárszennyezettség a katasztrófát követően